Базовые информационные технологии. Тема Информатизация общества Вопрос Цели и задачи информатизации общества
 Скачать 4.13 Mb.
|
Тема 4. Информационный обменВопрос 1. Модель информационного обмена. Потребность в обмене информацией появилась в глубокой древности. О приближении врага узнавали, приложив ухо к земле; с помощью сигнальных костров производили дистанционный обмен новостями. С появлением письменности информация стала передаваться по почте. В дальнейшем появились телеграф, телефон, радио, телевидение и Интернет. С появлением новых скоростных компьютерных средств коммуникации изменились возможности в передаче информации, сейчас за считанные секунды можно передать информацию практически в любую часть мира. Напомним, что процессы, сопровождающиеся получением, обработкой и передачей информации, называют информационными процессами. Процессы бывают управляемыми (саморегулируемыми) и неуправляемыми. Многие природные процессы неуправляемы. Люди не могут управлять процессами, протекающими на макроуровне (астрофизические и геофизические процессы) и очень ограниченно управляют процессами, происходящими на микроуровне (молекула, атом, ядро атома). К управляемым, а также к саморегулирующимся относятся большинство биологических, общественных и технических процессов. Если процесс является управляемым или саморегулируемым, в нем всегда можно выделить информационную составляющую – именно она является основой для управления или регулирования. Информационные процессы могут различаться по степени сложности. Самый простой вид информационного процесса – информационный обмен. Он основан на одной информационной связи, действующей между источником информации и ее потребителем. Информационная связь – это составной информационный объект (см. рис. 2.). В него на правах элементов входят следующие объекты: · источник информации (носитель данных, передатчик); · потребитель информации (носитель информационного метода, приёмник); · канал связи.  Рис. 2. Модель информационного обмена Не следует путать канал связи и линию связи. Линия связи – физический объект. Например, при обмене голосовыми сообщениями линией связи является воздушная среда или телефонный провод. Канал связи – информационный объект. Его свойства связаны не только с физическими свойствами линии связи, но и с некоторыми логическими соглашениями. Например, беседуя с двумя собеседниками, мы имеем одну линию связи, но в ней действуют два канала связи. Собеседников может быть и три, и двадцать три, но, чтобы для каждого из них существовал канал связи, должны действовать логические соглашения, например, такие: · говорить можно только по очереди; · говорить можно только на языке, знакомом всем собеседникам; · говорить надо настолько громко, насколько это необходимо, чтобы тебя слышали все собеседники. Если какие-то из этих соглашений будут нарушены, канал связи разрушится, но при этом линия связи останется. Вопрос 2. Система информационного обмена. Информация и управление. При всем многообразии информационных процессов можно назвать всего лишь две задачи информационного обмена: 1) накопление знаний; 2) разрешение вопросов, связанных с управлением. Потребление информации с целью получения знаний вполне адекватно описывает рассмотренная выше модель информационного обмена. Но для целей управления этой модели недостаточно. А чаще всего информация передается, потребляется и обрабатывается именно для целей управления. Термин «управление» надо понимать в обобщенном смысле. Он подразумевает как управление поведением, так и управление состоянием. Под управлением поведением обычно понимается целенаправленное изменение действия объекта управления. Под управлением состоянием – целенаправленное изменение свойств объекта управления. Пример: человек не может управлять погодой. Но он может управлять своими действиями или своим состоянием (в данном случае объектом управления является он сам). С одной стороны, если идет дождь, он может отложить прогулку в парке и вместо этого заняться домашними делами. С другой стороны, он может изменить свое состояние: надеть одежду и обувь, адекватную погоде, взять в руку зонтик и не откладывать прогулку. И в том и в другом случае для адекватного управления ему необходима объективная информация о текущем состоянии погоды. Если эта информация необъективна, принятое решение может быть неадекватным. Открытая модель управления. Управление всегда основано на обработке информации. Любая система управления является информационной системой, а в ней можно выделить информационные связи. Однако процесс управления несколько сложнее процесса информационного обмена. Его модель содержит не одну, а две информационных связи, одна из которых является управляющей (рис. 3.).  Рис. 3. Открытая модель управления Как видно из рис. 3, в простейшей модели управления сразу две информационных связи замкнулись на одном объекте: операторе. С одной стороны, он является приемником в той информационной связи, которая поставляет информацию. С другой стороны, он является оператором управляющей информационной связи. Данная модель называется открытой, потому что в ней источник информации и объект управления никак не связаны друг с другом. Оператор получает информацию от одного объекта, а управляет другим. Таким образом, простейшая модель управления содержит три объекта: 1) источник информации; 2) управляющий объект (оператор); 3) управляемый объект, содержащий органы управления и два информационных канала (канал связи с источником информации и канал управления). Воздействуя на орган управления, оператор влияет на управляемый объект. Такое воздействие осуществляется в форме команд. Полученные команды изменяют состояние или поведение управляемого объекта. Пример: водитель автомобиля должен пересечь регулируемый перекресток. В этом случае в качестве источника информации выступает светофор или регулировщик. Водитель, с одной стороны, является приемником информации, а с другой стороны – оператором, отдающим команды своему автомобилю (объекту управления). В качестве основных органов управления используются руль, педали, рычаги и другие элементы управления автомобилем. Способы управления. Взаимодействие между оператором и управляемым объектом может быть организовано по-разному. Способ управления зависит от того, кто (или что) и кем (или чем) управляет. Для рассмотренной выше простейшей модели управления различают три способа управления: 1) командное управление; 2) пакетное управление; 3) диалоговое управление. Все эти три способа одинаково широко используются при управлении аппаратными и программными средствами вычислительной техники. 1. При командном управлении оператор выдает отдельные команды, которые объект управления получает, распознает и исполняет. Это самый простой способ управления с точки зрения технической реализации. В вычислительной технике основной инструмент для ввода команд – это клавиатура компьютера. Когда мы набираем тексты в текстовом процессоре, компьютер находится в постоянном ожидании нажатия клавиши и рассматривает это нажатие, как команду. Результатом последовательного нажатия клавиш «К», «О», «М», «П», «Ь», «Ю», «Т», «Е», «Р» является ввод слова «КОМПЬЮТЕР» в электронный документ. Основных недостатков у командного способа управления два: 1) техническая система должна ждать, пока оператор выдаст очередную команду, следовательно, снижается эффективность работы техники; 2) оператор должен знать систему команд объекта управления, т.е. должен ее изучить. Внесистемную команду объект управления не распознает и не исполнит. 2. Пакетное управление – способ управления, который позволяет парировать первый недостаток командного управления. Пакет – это заранее сформированная последовательность команд. Он передается органу управления как одно целое. Далее команды анализируются и выполняются по очереди. Этот способ управления весьма эффективен, но требует наличия готового списка нужных команд, а для его подготовки нужно знать и систему команд объекта управления, и способ их правильной записи. Сегодня такой механизм управления применяют в бытовых приборах, например, в микроволновых печах и стиральных машинах. Каждая «программа» для этих приборов представляет собой пакет команд. Оператор выбирает нужную программу и отправляет ее на исполнение. 3. Диалоговое управление– способ управления, который устраняет второй недостаток командного управления. При диалоговом управлении управляемый объект сам обращается к оператору с запросами, давая возможность выбирать командные воздействия. Для неподготовленного оператора этот способ управления самый простой. Удобство работы с персональным компьютером достигается как раз благодаря диалоговым методам управления. Замкнутая модель управления. Обратная связь. В открытой модели управления потребитель получает информацию от одного объекта (источника информации) и управляет действием другого объекта (органа управления). Примерно так пассажир управляет действиями водителя такси. Он получает информацию от окружающей среды и сообщает водителю команды: «Направо», «Налево», «Прямо». Однако в жизни нам гораздо чаще приходится иметь дело с замкнутыми системами управления, в которых происходит управление тем же самым объектом, от которого мы получаем информацию. Примерно так мы пишем и рисуем. Управляя инструментом рисования, мы наблюдаем результат рисования и вносим поправки в процесс управления, если результат не соответствует желаемому. Модель замкнутой системы управления представлена на рис. 4. Как видите, в ней по-прежнему три объекта, но информационных связей тоже три. Дополнительная связь, образующаяся между объектом управления и источником информации, называется обратной связью. Ее называют «обратной», потому что направление ее действия противоположно направлению действия основной информационной связи, с помощью которой потребитель получает сведения о состоянии источника.  Рис. 4. Модель замкнутой системы управления Наличие обратной связи позволяет достичь цели управления даже при появлении неожиданных, не предусмотренных заранее, помех, влияющих на состояние источника информации. Кроме того, управление с обратной связью позволяет реализовать еще один способ управления в дополнение к командному, пакетному и диалоговому управлению. Этот способ называется адаптивным управлением. При адаптивном управлении оператор гибко настраивает (адаптирует) свои команды, учитывая информацию, поступающую от объекта управления. Пример: удерживая равновесие на двухколесном велосипеде, мы выполняем адаптивное управление. Водитель, ведущий автомобиль по дороге, тоже управляет им адаптивно. В вычислительной технике мы реализуем метод адаптивного управления всякий раз, когда наводим указатель мыши в нужное место. Щелчок кнопкой мыши – это командное управление, а наведение мыши – адаптивное, основанное на визуальной обратной связи. Если разорвать обратную связь (закрыть глаза), то навести указатель мыши в нужную точку невозможно. Вопрос 3. Сети информационного обмена. Компьютерные сети. Благодаря появлению новых информационных технологий в настоящее время в мире построены сотни национальных и международных компьютерных сетей. Переход к межкомпьютерному взаимодействию (компьютерным сетям) характеризует качественный скачок к передаче информации, обеспечивающий удаленное взаимодействие компьютеров и совместное использование ресурсов компьютера всеми пользователями сети. Объединение компьютеров в единую систему с помощью линий связи и средств коммутации называетсякомпьютерной сетью. Целью объединения компьютеров в сеть являются обеспечение возможности обмена данными и обеспечение совместного доступа пользователей, процессов и оборудования к ресурсам других компьютеров. Таким образом, главная функция всех компьютерных сетей, независимо от их размера и принципа действия, формулируется так: совместное использование ресурсов и совместный доступ к данным. Многие технические, производственные, экономические и административные задачи современного общества невозможно решить без использования компьютерных сетей. Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными на  зывается прямым соединением. Компьютерные сети принято разделять на локальные, корпоративные и глобальные.Локальные сетиобъединяют компьютеры, находящиеся недалеко друг от друга – в одном здании или в нескольких соседних сооружениях. Все участники локальной сети используют общий комплект протоколов. Линии связи, используемые локальной сетью, обычно прокладывают специально. Локальные сети отличаются высокой производительностью и стабильной структурой. Они часто действуют в рамках предприятия или организации. Объем локальной сети составляет от нескольких компьютеров до нескольких сотен систем. Корпоративные сети объединяют компьютеры, а также их локальные сети в пределах одного или нескольких предприятий, составляющих единую корпорацию. Глобальные сетиобъединяют абонентов, удалённых друг от друга на значительные расстояния, часто находящихся в различных странах или на разных континентах. Примером глобальной сети является сеть Интернет. Дальность соединения и ограниченная пропускная способность неспециализированных линий связи может приводить к замедлению передачи данных. Глобальные сети могут соединять отдельные компьютеры или даже самостоятельные локальные сети, в том числе и работающие по разным протоколам. Для глобальных сетей типично временное подключение компьютеров или терминалов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Для передачи данных компьютеры применяют самые разнообразные физические каналы: · традиционный электрический кабель; · радиосвязь через радиотрансляторы; · спутники связи; · инфракрасные лучи; · современный оптоволоконный кабель, по которому передаются световые сигналы; · обычная телефонная сеть. По этим каналам пересылаются целые пакеты информации. В технологии передачи данных используют два принципиально разных метода: 1) коммутации каналов; 2) коммутации пакетов. При первом методе сначала устанавливается весь путь соединения – от отправителя до получателя. После этого возвращенный пакет извещает: можно начать передачу данных, все каналы пути готовы. По завершении передачи указанный путь может быть разорван. Достоинство метода состоит в простоте алгоритма. При втором методе сообщение первоначально делится на меньшие пакеты, которые нумеруют, снабжают адресами (от кого и кому), и они сами прокладывают себе путь по сети независимыми маршрутами. Сеть при этом испытывает более равномерную нагрузку. Данный метод обеспечивает большую надежность доставки информации. Однако реализация метода коммутации пакетов связана со значительными затратами, особенно в узлах коммутации (в них пакет может изменить маршрут, выбрав новый). При передаче информации возникла проблема совместимости компьютеров. Для ее решения была создана «Эталонная модель взаимодействия открытых систем», так называемая модель OSI (модель взаимодействия открытых систем «Model of Open System Interconnections»). Модель была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization). Модель OSI представляет собой семиуровневую сетевую модель программного и аппаратного обеспечения. Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Протоколы определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами. Так, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами устанавливают программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Уровни взаимодействия в модели открытых систем. Согласно рекомендациям Международного института стандартизации ISO, системы компьютерной связи рекомендуется рассматривать на семи разных уровнях: 1) На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т.п.). 2) На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем. 3) На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня. 4) На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера. 5) Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов. 6) Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. Например, в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем. 7) Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов – только биты, т.е. элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютере клиента. Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи – это волоконно-оптические кабели или радиоканалы. На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа. Иллюстрацией работы модели взаимодействия открытых систем на разных уровнях являются аналогии, представленные в таблице 1. Таблица 1. Уровни модели связи
Основы функционирования Интернета. В техническом понимании TCP/IP – это не один сетевой протокол, а два протокола, лежащих на разных уровнях (так называемый стек протоколов). Протокол TCP (англ. Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) – протокол транспортного уровня, управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP (англ. Internet Protocol) – адресный протокол, принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача. Протокол TCP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя. Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно также поддерживать одновременно несколько ТСР-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество ТСР-пакетов от многочисленных клиентов. Когда мы работаем в Интернете, то по одной единственной линии можем одновременно принимать документы из Америки, России и Европы. Пакеты каждого из документов поступают порознь, с разделением во времени, и по мере поступления собираются в разные документы. Суть адресного Протокола IP состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке ТСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например, 195.38.46.11. Структура IР-адреса организована так, что каждый компьютер, через который проходит какой-либо TСР-пакет, может по этим четырем числам определить, кому из ближайших «соседей» надо переслать пакет, чтобы он оказался «ближе» к получателю. В результате конечного числа перебросок TСР-пакет достигает адресата. Слово «ближе» взято в кавычки не случайно. В данном случае оценивается не географическая «близость». В расчет принимаются условия связи и пропускная способность линии. Два компьютера, находящиеся на разных континентах, но связанные высокопроизводительной линией космической связи, считаются более «близкими» друг к другу, чем два компьютера из соседних поселков, связанные простым телефонным проводом. Решением вопросов, что считать «ближе», а что «дальше», занимаются специальные средства: маршрутизаторы. Роль маршрутизатора в сети может выполнять как специализированный компьютер, так и специальная программа, работающая на узловом сервере сети. Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IP-адресов. На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов, но и это по современным меркам достаточно большая величина. Основные службы Интернета. Когда говорят о работе в Интернете или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете в целом, а только об одной или нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы. В простейшем понимании сетевая служба – это пара программ, взаимодействующих между собой согласно определенным правилам, называемым протоколами. Одна из программ этой пары называется сервером, а вторая – клиентом. Соответственно, когда говорят о работе служб Интернета, речь идет о взаимодействии серверного оборудования и программного обеспечения с клиентским оборудованием и программным обеспечением. Служба World Wide Web (WWW) – безусловно, это самая популярная служба современного Интернета. Ее нередко отождествляют с Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб. World Wide Web – это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-cepверах. Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-страницами. Количество существующих Web-страниц уже измеряется миллиардами, причем энергичный рост объема World Wide Web продолжается. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (альтернативный термин – Web-сайт или просто сайт). Один физический Web-сервер может содержать достаточно много Web-узлов, каждому из которых, как правило, отводится отдельный каталог на жестком диске сервера. Электронная почта (E-Mail). Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Здесь и далее под сервером понимается программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выполнять и другие задачи, характерные для средств вычислительной техники. Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата. Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: 1) SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты). 2) РОРЗ (англ. Post Office Protocol Version 3 – протокол почтового отделения, версия 3). По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму – прием поступивших сообщений. Существует большое разнообразие клиентских почтовых программ. Например, к ним относится: · Программа Microsoft Oulook Express, входящая в состав операционной системы Windows как стандартная. · Microsoft Outlook – это более мощная программа, интегрирующая в себе кроме поддержки электронной почты и другие средства делопроизводства. Среди специализированных почтовых программ наиболее популярны: · Opera Mail. · Mozilla ThunderBird. · The Bat! и ряд других. Служба передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляют значительный процент от прочих Интернет-услуг. Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов (например, книг), а также при передаче архивных файлов, в которых запакованы большие объемы информации. Служба FTP имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное программное обеспечение, хотя в большинстве случаев браузеры WWW обладают встроенными возможностями для работы и по протоколу FTP. Протокол FTP работает одновременно с двумя TСР-соединениями: между сервером и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе соединение используется как управляющее. Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента. Этим часто пользуются коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа, поставляющие информацию только зарегистрированным клиентам, – они выдают запрос на ввод имени пользователя и связанного с ним пароля. Однако существуют и десятки тысяч FTP-серверов с анонимным доступом для всех желающих. В этом случае в качестве имени пользователя надо ввести слово «anonymous», а в качестве пароля задать адрес электронной почты. В большинстве случаев программы-клиенты FTP делают это автоматически. ICQ – одна из нескольких существующих в Интернете служб для мгновенного обмена сообщениями. Если два человека подключены к Интернету одновременно, то, в принципе, им почти ничто не мешает общаться друг с другом напрямую. Единственная проблема – знание сетевого IP-адреса человека, подключенного в данный момент к Интернету. Большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса – такой адрес выдается им на временной основе в момент установки соединения. Название службы ICQ является акронимом выражения «I seek you» («я тебя ищу»). Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (http://www.icq.com) и получить персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number). Данный номер можно сообщить партнерам по контактам. Зная номер UIN партнера, но, не зная его текущий IP-адрес, можно через центральный сервер службы отправить ему сообщение с предложением установить соединение. |